路燈燈桿安裝質量檢測系統的設計

趙 明，李克用，曹 剛，尤 源，秦大為

(1．無錫市照明工程公司，無錫214002;2．鹽城師范學院實驗中心，鹽城224002)

0 引言

路燈燈桿安裝質量檢測系統主要是對燈桿垂直偏移、燈臂仰角、燈具安裝高度等主要質量指標進行現場檢測和數據分析，以便及時校正路燈安裝過程中的誤差，并對路燈的安裝質量進行現場檢測。因此，路燈燈桿安裝質量在施工中有著極其重要的地位。

該系統將全站儀、平板電腦等硬件有機結合在一起，利用VB編寫的配套軟件直接驅動硬件來完成燈桿安裝質量的測量，操作簡單、便捷，數據精確，穩定性好。該系統具有一定的創新性，能有效地提高我國城市道路照明施工質量驗收的科學性和精確度、可信度，提高城市道路照明施工質量驗收的工作效率，降低施工質量驗收的勞動強度，提高公路出行水平和交通服務水平，也將填補國內城市道路照明施工質量驗收設備的空白，具有良好的社會、經濟效益。

1 設計指標與設計思想

1．1 設計指標

(1)角度測量。精度:3′。

(2)距離測量。測程:1．7 m ～100 m，精度:±5 mm。

(3)使用環境。工作環境溫度:-20℃ ～+45℃。

1．2 設計思想

系統采用全站儀作為具有取特征點功能的主機，并將平板電腦、GPS模塊和無線收發模塊與之有機結合，對全站儀主機部分硬件做了必要的改進，實現了主機與其他模塊之間的連接。同時還利用VB軟件編寫好配套的系統軟件，實現軟件直接驅動硬件，即將全站儀對準測試點后，只需點擊鼠標就可完成測量和分析工作，簡化了操作程序。數據也可直接保存在電腦中，克服了以往在全站儀中存儲數據時出現的操作復雜、存儲容量小等問題。系統還可實時記錄和處理數據，且利用軟件強大的數據庫功能，來實現歷史數據的調用和查看，還可以將所測數據和分析所得數據通過無線模塊發送到接收機上，方便遠程管理。

2 路燈燈桿安裝質量檢測系統硬件的設計

路燈燈桿安裝質量檢測系統由全站儀、三腳架、平板電腦、GPS和無限模塊組成。將GPS和無限模塊安裝在平板電腦上，并將這些整合成一個整體，利用固定裝置固定在三腳架上，然后利用數據線將平板電腦與固定在三角架上的全站儀連接起來，實現測量數據的傳輸。系統框圖如圖1所示。

圖1 路燈燈桿安裝質量檢測系統硬件系統框圖

數據傳送模塊采用兩個無線收發模塊制作而成，一個安裝在平板電腦上，另一個則安裝在接收機上。在接收機上安裝好配套的接收軟件，這樣可以實現所測數據的遠距離傳輸。

GPS數據采集模塊是將GPS安裝在平板電腦上，通過GPS測量出燈桿的經緯度，所測數據則可以通過平板電腦顯示出來，方便對所測燈桿的定位。為防止GPS信號的干擾，此處還安裝一個開關，在不需要測量GPS數據時可關閉GPS模塊。

全站儀置零時需用到置零輔助裝置，它利用加工過的尼龍棍和指南針制作而成。指南針固定在尼龍棍頂端，校準時先在一個空曠的場地上將置零輔助裝置安裝在調平好的全站儀主機把手上，將主機鏡頭轉到正北方向，使鏡頭方向與指針在一直線上。此時固定好主機，防止主機轉動，然后在置零輔助裝置上標記好，以便下次置零時能夠快速找到正北方向。

3 路燈燈桿安裝質量檢測系統軟件的設計

由于VB編寫的軟件可視性比較好，界面比較好，該系統采用VB編寫配套的驅動軟件以控制全站儀主機取點，并在軟件內部進行數據分析。

具體建模如下:

圖2 全站儀測量原理示意圖

測量主機測出被測目標點C的斜距SAC，垂直角βAC，坐標方位角αAC，可通過下列公式算出目標點的空間三維坐標。

由下式可先計算平距

因而可算出C點三維坐標為

其中，XA，YA，ZA為主機所在位置的三維坐標。在燈桿上選取任意兩點可根據式(2)計算出三維坐標，則可求出空間任意兩點的距離和給出空間直線方程，因而也可求出空間任意兩條直線之間的夾角。因此只要取點適當就可以求出燈桿驗收中所需的燈桿垂直偏移、燈臂仰角、燈臂中心線與燈具中心線夾角、燈具橫向水平、燈具安裝高度、燈臂中心線與道路縱向線夾角等主要質量指標。

4 軟件界面

軟件界面主要包括數據顯示區和數據采集區，具體界面如圖3所示。

圖3 系統測量界面

5 標定與實測

5．1研究距離測量精度

方法:將直尺豎直固定在墻上，在直尺上取兩點，測量兩點之間的距離并與實際距離比較(見表1)。

表1 距離測量的精度比較

結論:距離測量的精度比較高，誤差不大。

5．2 研究光的強弱與測試精度的關系

方法:分別在陽光、弱光、強光和日光燈下進行測量，從而判斷光強對測量精度的影響(見表2)。

表2 光的強弱對測試精度的影響

結論:(1)背景光對測試精度不影響。

(2)重復測試精度不變(特指包括測試人員的改變)。

5．3 研究不同角度所測絕對誤差

方法:將量角器水平固定在墻上，測不同角度得到不同絕對誤差(見表3)。

表3 不同角度時測量絕對誤差

結論:角度測量精度比較高，誤差不大，個別角度測試絕對誤差超過0．5°。

5．4 研究對同一目標物在不同位置測量精度的影響

方法:將量角器水平固定在墻上，在多個位置測不同角度。

表4 改變位置對測量精度的影響

結論:改變位置對精度影響不大(見表4)。

6 小結

此課題具有一定的創新性，采用相位法激光測距和光柵增量式數字角度傳感器等現代化測量手段以及計算機數據采集、分析技術，實現了路燈安裝質量驗收檢測工作的數字化和智能化。摒棄了傳統全站儀復雜的測量步驟，利用軟件來控制全站儀進行測量，可對數據進行實時記錄和處理，且利用軟件帶有的強大數據庫功能可實現歷史數據的調用，為路燈燈桿安裝質量檢測提供了定量的數據分析，能有效地提高我國城市道路照明施工質量驗收的科學性和精確度、可信度，提高城市道路照明施工質量驗收的工作效率，降低施工質量驗收的勞動強度，提高公路出行水平和交通服務水平，也將填補國內城市道路照明施工質量驗收設備的空白，具有良好的社會、經濟效益。

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